Топливо будущего для автомобилей

По всему миру катаются около пятидесяти миллионов авто, которые ездят на бензине или дизельном топливе. Нефть не безгранична и значит возникает вопрос — на чем будут ездить машины через 30-40 лет.

Какое топливо доступно

Начнем с гибридных автомобилей. Они сочетают небольшой двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и электропривод с аккумуляторными батареями. Энергия от двигателя и от тормозной системы автомобиля используется для зарядки аккумуляторов, питающих электропривод. Типичные гибридные двигатели позволяют на 20−30% эффективнее использовать топливо по сравнению с традиционными ДВС и выбрасывают в атмосферу значительно меньше вредных веществ.

Как мы знаем, без бензина гибриды далеко не уедут, так что этот вариант убираем. Электромобили пока кажется оптимальным вариантом, но нормальных машин на электрической тяге мало. И запас хода у них маловат, особенно если путешествуете на дальние расстояния. Стоимость также велика. Этот вариант на будущее, а искать альтернативное топливо нужно сейчас.

Дальше по списку идут автомобили на альтернативном топливе, по типу спиртового топлива, биодизеля или этанола. Этот вариант, на первый взгляд, кажется отличным, к тому же создаются автомобили на альтернативном топливе и они отлично себя показали. Но если все машины «пересадить» на биотопливо, то подорожают продукты питания, т.к. для производства этого вида топлива нужны большие посевочные площади.

Другое дело — водород для заправки автомобилей. Он перспективнее по нескольким причинам: масса водородной батареи меньше, перезаправка быстрее, производство аккумуляторов дороже и требует больше разных экзотических элементов, сеть заправочных станций организовать гораздо проще чем зарядные, есть и другие плюсы…

Электричество — топливо будущего

Авто компании уже вкладывают огромные деньги на разработку альтернативного топлива, создаются электромобили с большим запасом хода. Если в начале они имели запас хода не более 100 километров, то сейчас некоторые могут похвастаться запасом без подзарядки до 300-400 километров пробега. Если даже будут развиваться технологии и появятся новые типы аккумуляторных батарей для электромобилей, то запас можно увеличить до 500 км.

Применяемость электромобилей с большим запасом хода на этом не ограничивается. Нужно строить заправки по всему миру, их должно быть большое количество. Причем заправки должны быть быстрые, когда машина может «запитаться» электричеством по времени не более 1 часа (в идеале 10-20 минут). Сейчас на полную подзарядку уходит до 16-24 часов в зависимости от емкости батарей.

Как понимаете, нужно полностью менять дорожную сеть. На это могут пойти крупные нефтяные компании. Они обладают большим количеством заправок для машин. Нужно лишь рядом поставить колонки для заправки электромобилей (быстрой и длительной зарядки). Тогда количество машин на электрической тяге возрастет, ведь проблема дозаправки будет решена.

Исходя из сказанного: для электромобилей пока нет нормальных батарей которые были бы всепогодны и принимали заряд хотя бы за минуты. К тому же, электромобили дороги для большинства автолюбителей. Но со временем и развитием технологий, их стоимость снизится, они станут доступны для каждого.

#ТехКонопля может заменить собой бензин и другие нефтепродукты. И речь идет не о паровом двигателе, в котле которого будут сжигать стебли конопли, а об обычных машинах, на которых ездят прямо сейчас. Звучит действительно странно: каким образом конопли можно залить в бак?

Из семян и стеблей технической конопли можно получать уголь, метанол (древесный спирт), метан и бензин, при сгорании которых не будет выделяться сера, вызывающая кислотные дожди, и химические вещества, загрязняющие воздух.

Полученный уголь можно сжигать на электростанциях вместо обычного; метанол — хорошее автомобильное горючее, сейчас его используют для гоночных машин.

С технической конопли можно также получать этанол (обычный спирт) для добавления к бензину — так же, как его сейчас получают из деревянных опилок (гидролизный спирт).

Другой способ получать топливо — использовать масло из семян технической конопли. А с учетом того, что некоторые дизельные двигатели могут работать на чистом конопляном масле без его предварительной обработки, то такое топливо можно считать едва ли не самым доступным.

Еще больше вариантов применения # ТехКонопля — в следующих публикациях, где мы расскажем о множество не менее интересных изделий из этого растения.

В результате интерес мирового сообщества сосредоточился на нетрадиционных источниках энергии. В число перспективных направлений вошли солнечная энергетика, ветряная, биотопливная, а также мини-гидроэлектростанции, в том числе на основе геотермальной энергии и работающие на силе прилива.

Главными преимуществами альтернативных технологий перед нефтью и газом является высокая экологическая безопасность. Как отмечает представитель «РусГидро» (в России компания занимается возобновляемыми источниками) Иван Слива, при их работе практически нет отходов, выброса загрязняющих веществ в атмосферу или водоемы.

Отсутствуют и экологические издержки, связанные с добычей, переработкой, транспортировкой и утилизацией топлива. Кроме того, альтернативные технологии позволяют обеспечить энергией регионы, куда транспортировка традиционных источников затруднена.

В хозяйстве все сгодится

Потенциал возобновляемых источников энергии в России колоссален. Как отмечает директор по направлению «экология и энергоэффективность» Агентства по прогнозированию балансов в электроэнергетике (АПБЭ) Ольга Новоселова, этот потенциал достигает 4,5 млрд тонн условного топлива в год, что более чем в четыре раза превышает ежегодное внутреннее потребление первичных энергоресурсов в стране. При этом практически в каждом российском регионе есть свой вид возобновляемого ресурса.

Одним из наиболее перспективных направлений является ветроэнергетика. Технический потенциал отрасли в России оценивается в 50 млрд кВт/ч в год, а экономический — около 30% от всего производства электроэнергии в стране. При этом суммарная мощность всех ветровых электростанций РФ до сих пор не превышает 18 МВт.

Еще одним интересным для нашей страны направлением эксперты называют биоэнергетику. Ежегодно в России образуется порядка 100 млн тонн пригодных для получения энергии отходов биомассы — навоз, свалки, опилки, стружки и многое другое. Энергетическая ценность такого мусора составляет до 300 млн МВт/ч, при этом уровень реальной утилизации не превышает 10%, отмечают в АПБЭ. Из биотоплива можно производить и биогаз, который является альтернативой природному газу в селе. По оценкам экспертов, биогазовый потенциал России эквивалентен 60-80 млрд кубометров в год (около 10% современной газодобычи в России). И в ближайшее время ожидается бум, в стадии утверждения десятки проектов общей мощностью до 50 МВт.

В области солнечной энергетики в целом суммарный объем введенных мощностей, по разным оценкам, составляет не более 5 МВт. При этом уровень инсоляции России сопоставим с показателями той же Германии, где объем солнечной генерации на сегодняшний день достиг уже 20 ГВт. По оценкам координатора Ассоциации солнечной энергетики России Антона Усачева, большим потенциалом обладают южные территории России, а также регионы Дальнего Востока.

Значительные возможности скрыты и в энергетических технологиях, связанных с водой. В частности, на Кавказе есть возможности для строительства мини-ГЭС, а на Камчатке — геотермальных электростанций. Также в России существуют проекты приливных энергообъектов.

Огорчает лишь тот факт, что, несмотря на значительные ресурсы, уже реализованные российские проекты в области альтернативной энергетики пока можно пересчитать по пальцам. Например, в области производства биотоплива особо выделяется Вологодская область, где построен ряд мини-ТЭЦ, работающих на древесных отходах, отмечает специалист «Института проблем естественных монополий (ИПЭМ)» Сергей Белов.

В области геотермальной энергетики еще в 1966г. на Камчатке была построена экспериментальная Паужетская геотермальная электростанция мощностью 11 МВт, а в 2003г. была пущена в эксплуатацию Мутновская ГеоЭС, мощность которой в настоящее время составляет 60 МВт. В сфере ветряной генерации стоит отметить Куликовскую ВЭС, крупнейшую ветряную электростанцию в России, которая была введена в эксплуатацию в 2002г. с мощностью 5,1 МВт.

Конечно, в России есть еще много интересных проектов, в том числе и находящихся в стадии строительства. Однако даже если собрать их все воедино, вряд ли они смогут как-то изменить ситуацию в этой сфере и обеспечить электроэнергией значительную часть населения. Правда, у каждого из нас также есть возможность внести лепту в альтернативную энергетику, установив дома или на даче свой источник электричества.

Народный подход

Среди населения спрос на альтернативную энергетику растет параллельно с ростом цен на электричество. Интереса к ней добавляет и низкое качество современного электроснабжения, зачастую приводящее к порче бытовой техники и многодневным отключениям. При этом российские и иностранные «Кулибины» готовы предложить населению целый спектр решений в области независимого электроснабжения.

Несмотря на то что Россия — не самая солнечная страна в мире, наибольшей популярностью пользуются маленькие солнечные электростанции. Некоторые фирмы за 40 тыс. руб. готовы поставить комплекс оборудования, который в летние месяцы может обеспечить светом дачный дом, подзарядить батарейки телефонов и ноутбуков и даже выдержать на какое-то время чайник и холодильник. Если купить комплекс за 200 тыс. руб. — холодильник сможет работать несколько дольше, в сеть можно включать утюг и другие приборы. Есть возможность приобрести и мобильные солнечные модули, позволяющие заряжать телефоны и фонари в походе. Минусом такой техники является тот факт, что зимой электричества с ее помощью в Центральной России получить практически невозможно.

Еще одним вариантом получения энергии может стать установка комбинированной системы, включающей возможности получения ветровой и солнечной энергии, а в их отсутствие — с помощью традиционных источников. Подобная система способна надежно обеспечить электричеством в случае перебоев в электроснабжении.

Также можно установить собственную ветровую станцию. Предполагается, что при удачной эксплуатации стоимость вырабатываемой ею электроэнергии может составить 50-60 копеек за киловатт.

Большой потенциал есть и у строительства микро-ГЭС. Правда, для таких станций есть требования к водным объектам, на которых они должны быть установлены. Как рассказал РБК генеральный директор компании «Спецэнергоснаб» (занимается альтернативными технологиями) Валерий Брянцев, для ГЭС мощностью 10 кВт может понадобиться водоем с перепадом высот от 2 м или течением со скоростью 3,5-4 м/с. Если таких условий нет, возможно, придется сооружать небольшую плотину. Стоимость создания подобных ГЭС в среднем может быть около 2 тыс. долл. за один кВт мощности. При мощности в 10 кВт можно обеспечить более 40 коттеджей. Правда, не факт, что станция будет работать на полную.

Также перспективным направлением является производство биотоплива, в частности биогаза на основе отходов со свалок, навоза и опилок. Здесь стоимость установок может варьироваться от нескольких десятков до сотен тысяч евро.

Почему нет?

Во всем мире в последнее время альтернативная энергетика бурно развивается — рост составляет 20-30% в год. Использование возобновляемых источников увеличивается не только в странах Европы и США. Например, Китай в 2010г. по сравнению с 2009г. увеличил потребление возобновляемой энергии на 74,5%, Турция – на 88,1%, Египет – на 35%, приводит данные генеральный директор исследовательского агентства INFOLine Иван Федяков.

Россия на общем фоне выглядит более чем скромно. В стране на альтернативные источники (кроме крупных ГЭС) приходится не более 1% от общего объема генерации и этот показатель не растет. На него не может повлиять даже применение «ручного» управления. К примеру, еще три года назад премьер-министр Владимир Путин призывал к 2020г. увеличить долю альтернативной энергетики до 4,5%, но за прошедший период она так и не изменилась ни на один процентный пункт. Между тем во многих других странах эра альтернативных источников энергии уже началась. И примеров тому достаточно. Например, в Дании есть возможность использовать энергию ветра — и в некоторые ветряные ночи страна полностью обеспечивает свои потребности в электроэнергии за счет этой технологии. Анталия (Турция) полностью отапливается за счет ресурсов солнца, которое там светит 300 дней в году.

Так что же препятствует развитию альтернативной энергетики в России? Причин этому несколько, уверены эксперты. Прежде всего, мешает наличие нефти и газа, отсутствие хороших советников и объективной информации по возобновляемым источникам у высшего руководства страны, считает генеральный директор компании «Аэнерджи» Станислав Черница. Также влияют консерватизм, нежелание менять привычки, недостаток собственных ресурсов, как технических, так и человеческих.

Пеняют эксперты и на отсутствие государственной поддержки в этой области. Как поясняет Ольга Новоселова, не лучшим образом влияют недостаточно развитая нормативно-правовая база и отсутствие конкретных финансовых механизмов государственной поддержки. Между тем за рубежом для подобных технологий предусмотрены налоговые льготы и прямая государственная поддержка.

Конечно, у альтернативной энергетики есть и свои минусы. Существует мнение, что солнечные модули при массовом использовании способны затемнить значительную часть суши, а производство биотоплива — истощить земли. Также аналитики отмечают непостоянство возобновляемых источников во времени, проблему с запасанием энергии, минимизации потерь при ее передаче на расстояния.

Другой аргумент — высокие капитальные затраты на подобные технологии. Например, строительство ветряков и солнечных панелей существенно дороже обычных электростанций, а инвестиции в нетрадиционную энергетику окупаются вполне традиционным способом – за счет конечного потребителя. В результате, полагает эксперт Института проблем естественных монополий Сергей Белов, альтернативная энергетика остается забавой для богатых, но обделенных природными ресурсами регионов. Для России же, богатой полезными ископаемыми, более актуальными могли бы быть вопросы газификации и строительства инфраструктуры.

Однако неизвестно, помогут ли данные меры в решении энергетической проблемы, ведь энергетика, построенная на основе нефти, газа и угля, рано или поздно может столкнуться с исчерпаемостью этих ресурсов. А это, судя по всему, перспектива не самая дальняя. По прогнозам министра природных ресурсов Юрия Трутнева, углеводороды в мире могут закончиться уже через 100-150 лет. И какое место на изменившейся энергетической карте мира достанется в этом случае России, пока непонятно.

Екатерина Струкова, РБК

Фраза о том, что технологии стремительно проникают во все сферы жизни, уже успела стать расхожей, однако именно это и остается констатировать в отношении практически каждой из отраслей. Я хочу поговорить о заправочных станциях, которых не обошла стороной цифровизация. В США, например, уже 85% топлива реализуется на автономных бензоколонках, где ручной человеческий труд сведен к минимуму. Большинство из них оснащены устройствами touch-screen и поддерживают мобильные приложения. В условиях современной реальности присутствие технологий — норма. В основном их внедрение направлено на то, чтобы сделать процесс заправки быстрым, удобным и физически необременительным для клиентов.

Экскурс в историю

Попытки автоматизации традиционных на то время бензоколонок начались еще в 20-е годы прошлого века (оплата производилась с помощью простейших автоматов приема монет). На протяжение нескольких десятков лет эта идея постепенно распространялась, несмотря на судебные запреты, и по сей день действующие на территории некоторых штатов (считается, что автономные заправки потенциально пожароопасны). Второе дыхание она получила в середине 80-х годов, когда появилась система Pay-on-the-Pump — считывающие устройства для банковских карт, вмонтированные в колонки. Поначалу рынок скептически отнесся к нововведению: считалось, что наружные системы оплаты и принцип самообслуживания — это путь к падению продаж сопутствующих товаров, ведь клиентам не нужно заходить в магазин, чтобы заплатить за бензин. Однако, вопреки всем сомнениям, опыт оказался положительным: продажи в магазинах, наоборот, выросли.

Сегодня заправочные пункты — это уже не просто место, где можно залить бензин. Это сервисные центры, где автомобиль можно обслужить, провести приятно время за чашкой кофе, перекусить и зачастую купить необходимые товары — от товаров личной гигиены до садового оборудования. Но даже такая диверсификация услуг уже не является конкурентным преимуществом. Бизнес все больше задумываются о том, как удержать прихотливых и требовательных клиентов. Повышение качества сервиса посредством внедрения современных технологий — must-have заправочных станций 21 века.

Энергосберегающие технологии

Саморегулирующиеся системы рационального использования энергии активно внедряются на заправочных станциях по всему миру. Они позволяют не только улучшить экологические показатели, но и дают существенную экономию. Например, компания OMS предлагает услуги по кастомной разработке «умного» освещения для заправок, в основе которой лежит принцип зонирования и регуляции подачи света в зависимости от потока клиентов и их перемещения по территории станции.

Функциональность системы обеспечивают:

  • датчики движения и солнечной активности, которые автоматически меняют освещение в зависимости от погоды и времени суток, а также количества посетителей;
  • входной сигнал, который фиксирует изменение температуры, скорости, звука или давления;
  • релейный модуль, который контролирует периферийные устройства (не световые),
  • технология связи по линиям электропередачи.

Для управления и контроля всех процессов компания предоставляет специально разработанное программное обеспечение. Оно позволяет осуществлять мониторинг, управление, сбор, хранение и обработку информации, настраивать автоматическое изменение параметров и получать уведомления о возможных рисках.

Коллаборации с приложениями и онлайн-сервисами

До недавнего времени расплатиться на заправочной станции можно было только традиционным путем — с помощью наличных или банковской карты, отстояв очередь на кассе. Сегодня актуален новый уровень обслуживания, когда время, проведенное клиентом на АЗС, становится минимальным. Ускорить процесс позволяет диверсификация платежных средств. К примеру, Alipay сотрудничает со многими заправочными станциями в Китае. С помощью сервиса клиент может произвести транзакцию, отсканировав код топливной операции с помощью своего смартфона.

В России заправочные станции тоже идут по пути повышения удобства оплат. Например, около 300 АЗС Москвы интегрированы с сервисом «Турбо». С помощью приложения клиент может расплатиться за бензин, не выходя из автомобиля. Сервис позволяет закупать горючее впрок по фиксированным ценам, хранить литры на топливном счету и расходовать их по мере необходимости. Стоимость бензина не пересчитывается: даже если цены в очередной раз взлетели, автомобилист будет заправляться по тарифу на день покупки. Чтобы расплатиться за горючее, нужно выбрать на карте в приложении конкретную АЗС, указать номер колонки и количество литров, вставить пистолет в бензобак — и заправка начнется автоматически.

Автономные системы

Развитие автоматизации и роботизации когда-нибудь приведет к заметному снижению человеческих ресурсов в сфере обслуживания. Заправки будущего не исключение: они будут взаимодействовать с приложениями на более глубоком уровне, оснащаться умными раздаточными пистолетами, и даже осуществлять доставку топлива в указанное покупателем место и время (особенно учитывая тот факт, что в будущем автомобили могут полностью перейти на альтернативные источники энергии).

Частично технологии такого рода внедряются уже сегодня. Одна из них — ForeFuel — система автоматической идентификации автомобиля. Суть в том, что транспортное средство является одновременно и средством оплаты, т. е. заменяет пластиковую карту или наличные деньги. Благодаря RFID прибору, который расположен рядом с подводом топлива, происходит аутентификация автомобиля и автоматическая оплата бензина.

Шведский The Fuelmatics 5000 разработал систему автоматической заправки, внедренную на отдельных АЗС страны. Водителю нужно лишь припарковаться возле колонки, выбрать в приложении желаемые вид топлива и его количество. После этого робот сам откроет лючок, зальет горючее и завершит процесс. Деньги списываются со счета после завершения заправки без дополнительных действий со стороны пользователя, который получает чек по e-mail. Таким образом, автомобилисту даже не нужно выходить из машины, что особенно актуально в плохую погоду.

Настоящим вызовом для разработчиков системы стала «гибкость» подстраивания автомата к разным маркам и моделям автомобилей. Нужно было учесть и человеческий фактор — всякий водитель будет парковаться возле колонки по-разному. Однако алгоритмы искусственного интеллекта справились с этой задачей. Они помогают с высокой точностью определять положение лючка бензобака, проводить заправку, совершать разъединение и закрытие, осуществляя контроль всех параметров и фиксируя отклонения. Кроме того, благодаря использованию машинного обучения система постоянно совершенствуется.

Ориентация на автомобили будущего

Электрокары больше не являются утопией. Например, в Норвегии на этот вид транспорта приходится 30% продаж новых автомобилей. Заправочные станции не могут игнорировать столь мощный тренд: многие АЗС активно оборудуют споты для подзарядки электрокаров, время которой постоянно оптимизируется (сегодня оно снизилось до 10 минут).

Продолжая тему альтернативных видов топлива — китайская сеть Shell China тестирует систему заправок для «интернет-каров». Проект, основанный Alibaba Group и SAIC Motor Corp, базируется на IoT-технологии с высокой степенью автоматизации. При помощи функции гео-зонирования система распознает автомобиль в момент въезда на территорию станции, фиксирует номер бензоколонки, рядом с которой паркуется водитель. Выбор категории и объема топлива происходит в приложении, а оплата проводится дистанционно через сервис Alipay или членскую карту Shell.

На отрасль торговли горючим оказывает влияние не только цифровизация в целом как глобальный экономический тренд, но и бурное развитие отдельных ниш. Очевидно, что сильным драйвером перемен является смежный автомобильный рынок, к потребностям которого вынуждены подстраиваться сети АЗС. Кроме того, смена потребительского поведения в ритейле, ориентация на новые виды платежей, ускорение стандартов обслуживания — все это ведет отрасль по пути технологизации. Возможно, в будущем заправочные станции станут настолько умными, что будут самостоятельно определять используемый вид горючего и необходимое количество дозаправки, или же получать эти данные непосредственно от бортовых систем автомобиля, управляемых искусственным интеллектом. Одно можно утверждать с уверенностью — время традиционных заправочных станций прошло.

В европейской энергосистеме растет доля электричества, полученного из возобновляемых источников энергии

К экологически чистому транспорту есть за что придраться и не касаясь проблемы источников энергии. Но именно этот вопрос – больной для автопроизводителей.
На простых аккумуляторах далеко не уехать, причем во всех смыслах. Но где еще можно брать энергию для машин?

Мечты о повсеместной электрификации транспорта до сих пор сдерживает проблема с ресурсами. Так, намерение компании Tesla ежегодно выпускать 500 000 автомобилей потребует производства для каждого из них аккумуляторов емкостью по меньшей мере 60 кВт·ч, что означает огромное увеличение потребности в литии.

Литий – один из довольно часто встречающихся в земной коре элементов, но его добыча в промышленных масштабах экономически целесообразна только в солевых озерах. И разведанных запасов лития будет недостаточно для того, чтобы полностью электрифицировать всемирный парк легковых и грузовых автомобилей.

В городе Верльте (Германия) компания Audi построила пилотную установку в промышленном масштабе

С потребительской стороны тоже есть вопросы. Если вы отправитесь в путешествие на обычной машине, у вас будет поддержка со стороны закусочных с бензоколонками и просто заправочных станций. При этом сегодня обычные автомобили могут пополнить запасы топлива всего за пять минут.

А вот Supercharger от Tesla для восполнения 80% энергетических запасов аккумулятора потребуется 45 минут. И даже в случае с самой мощной зарядной техникой (например, у Porsche заявлены 800 В и до 350 кВт) электрокару надо по меньшей мере 15 минут. Если бы во время отпускных поездок все автомобили каждые 500 км должны были заряжаться так долго, движение на дорогах могло бы просто замереть.

Одновременно в европейской энергосистеме растет доля электричест­ва, полученного из возобновляемых источников энергии. И все чаще солнечная и ветряная энергии то не могут быть получены совсем, то вырабатываются в избыточном количестве. Электромобили могли бы стать свое­образным буфером для такой энергии, но для этого им нужны аккумуляторы большего размера.

Неужели миссия сделать мир CO2-нейтральным к 2050 году обречена на провал? Да, если нынешний способ обеспечения электрокаров энергией из «ископаемых» источников безальтернативен. Но три предприятия дают свой ответ: это не так.

Природный газ

Volkswagen AG уже давно работает над технологией, которая могла бы внести значимый вклад в дело сокращения выбросов CO2: ветряные генераторы и фотовольтаика – источники энергии, от которых питаются модели Audi с шильдиком g-tron.

Модели g-tron от компании Audi с двигателями внутреннего сгорания заправляются природным газом (CNG-газом, метаном)

Audi g-tron используют обычные двигатели внутреннего сгорания, но они работают на природном газе – метане. То, что это в принципе возможно, не открытие: электрическая энергия сначала берется для процесса гидролиза, во время которого вода расщепляется на кислород и водород. Водород отделяется в специальный «танкер» автомобиля. Система Audi наглядно демонстрирует, что этот вид «электрогазификации» возможно применять в промышленных масштабах.

Топливные элементы

У Audi есть и способные двигаться на водороде прототипы с шильдиком h-tron, а у Honda, Hyundai и Toyota уже есть целые тестовые автопарки с тысячами автомобилей, работающих на топливных элементах (ТЭ). Но в ближайшее время ТЭ массовыми стать не смогут: производственные расходы очень высоки и предпосылок для прорыва в этом направлении не видно. В установке Audi выполняется следующий шаг: с помощью двуокиси углерода водород превращается в метан.

Энергоэффективность повышается с топливными элементами, превращающими в энергию водород, как в концепте Audi h-tron

Процесс превращения энергозатратен, но зато для автомобилей, работающих на метане, есть простая в эксплуатации инфраструктура: сеть станций для заправки природным газом. К сети заправок природным газом в Европе относятся также CNG-заправки (CNG – Compressed Natural Gas, то есть сжатый природный газ, не путать со сжиженным углеводородным газом LPG, то есть пропан-бутаном).

Считаем КПД

В Audi говорят, что потребление газа g-tron-автопарком полностью покрывается выработкой установки, находящейся в Верльте, Нижняя Саксония. Фактически эти модели Audi при езде остаются CO2-нейтральными. При этом о реальных затратах на производство «электрогаза» Audi ничего не сообщает. А речь здесь может идти о многократном превышении стоимости обычного природного газа.

Энергобаланс представленного компанией Audi процесса на первый взгляд кажется катастрофичным: при производстве водорода посредством гидролиза КПД составляет примерно 75% и добрых 5% теряется на преобразовании в метан. Сгорание метана в моторе происходит с такой же эффективностью, как и в случае с обычным современным бензиновым двигателем: в среднем КПД составляет около 30%. Таким образом, от электрической энергии для приведения автомобиля в движение остается менее чем 20%.

По сравнению с электроприводом, использующим литийионный аккуму­лятор (от 60 до 70%), модели g-tron теряют очень много. А ведь газовому двигателю необходимы еще отведение и очистка выхлопных газов. Но при перепроизводстве энергии степень эффективности отходит на второй план – энергия получается как бы бесплатной. Кроме того, модель газификации можно адаптировать для водородных установок с топливными элементами, и тогда степень эффективности должна повыситься как минимум в два раза.

Проточная батарея

Совершенно другой подход к решению проблемы предлагает американское предприятие IFBattery. Стартовав в качестве исследовательской группы в Университете Пердью, Индиана, команда Джона Кушмана поставила перед собой цель сделать технологию проточных батарей пригодной для использования в автомобилях.

Проточные батареи работают с электролитами – жидкостями, которые хранятся в специальных емкостях. Резервуары могут быть легко перезаправлены

Проточные батареи уже используются в промышленности в качестве энергетических буферов. В ядре проточной батареи находится мембрана, с каждой стороны которой размещены растворы электролита. Ионный обмен между ними и приводит к выработке электроэнергии. Процесс можно обратить вспять, то есть при подаче напряжения на электроды ионы начнут двигаться в обратном направлении через мембрану, а электролит станет заряжаться. Принципиально электрохимический процесс обычного аккумулятора очень похож. Но проточные батареи интересны тем, что электроды и мембрана не «реагируют» на электролит. Емкость батареи зависит не от компонентов аккумулятора, а исключительно от пополнения электролита, который находится во внешних резервуарах. Это могут быть контейнеры размером даже с целое здание.

Институт Frauenhofer еще в 2009 году показал, как транспортное средство (модель) может передвигаться с помощью проточных батарей

Но для использования в мобильном виде плотность энергии в электролите получается слишком низкой: один литр может сохранять лишь около 80 Вт⋅ч. Для стандартного e-Golf (35 кВт⋅ч) потребуется резервуар объемом целых 440 л. При этом электролит, созданный на основе цинка и брома, токсичен и разъедает мембраны из органических материалов. Исследователи из IFBattery, по их собственным утверждениям, вместо ядовитых веществ для изготовления электролита смогли использовать «простые» виды сырья, а мембрану сделали из пористого материала, который не поддается коррозии, возникающей в результате электрохимического процесса. Кроме того, им удалось существенно увеличить энергетическую плотность электролита. Применительно к автомобилям они предлагают схему, в которой разряженный электролит на «заправочной» станции менялся бы на новый, заряженный.

«Жидкие» батареи в качестве энергобуфера могут использоваться в индустриальных масштабах

При этом компания IFBattery обращает внимание на то, что для предлагаемого ею процесса достаточно просто использовать уже имеющуюся заправочную инфраструктуру: замена электролита может осуществляться на АЗС, а затем бензовозы могут доставлять его для перезарядки к ветряным генераторам или солнечным фотоэлектрическим установкам. Тем не менее инженеры хотят оставить и возможность подзарядки от обычной розетки. В этом случае преимущества традиционного «углеводородного» привода (дальность пробега и быстрая заправка) будут сочетаться с плюсами электротяги (никаких выбросов, домашняя зарядка).

Джон Кушман показывает электролит, который повысит энергетическую плотность и долговечность проточных аккумуляторов

nanoFlowcell

Точный состав электролита – это большая тайна, причем не только у IFBattery, но и у швейцарского предприятия, которое называется nanoFlowcell. Компания предпринимателя Нунцио ла Веккья уже несколько лет мелькает на автомобильных выставках и показывает под брендом Quant нечто невероятное: раньше, например, это было транспортное средство, способное передвигаться исключительно на энергии, получаемой от встроенных сол­нечных батарей.

Quantino от компании nanoFlowcell из Швейцарии с помощью проточной батареи должен достигать запаса хода более чем в 1000 км

По заявлению производителя, в Quant-прототипы Quantino и Quant FE устанавливаются именно проточные батареи. В резервуарах этих автомобилей находится жидкость-электролит, называемая bi-ION, которая не только должна быть абсолютно нетоксичной, но и может быть изготовлена в большом количестве без серьезных затрат из доступного сырья. Показатели энергетической плотности такого электролита должны приближаться к отметке около 600 Вт⋅ч на литр. Это означает, что емкость самого большого аккумулятора автомобиля от компании Tesla (100 кВт⋅ч) может быть реализована в пригодном для практического использования баке объемом 170 литров.

Мощь технологии демонстрирует Quant FE, который, предположительно, с 560 кВт (760 л.с.) будет достигать более чем 300 км/ч

А еще nanoFlowcell обещает простую организацию инфраструктуры для заправки электролита на базе уже существующей сети АЗС.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *